Geothermie: Wie sich Erdwärme als nachhaltige Energiequelle nutzen lässt

Eine klimafreundliche Energieversorgung braucht Quellen, die wenig CO₂ verursachen – und am besten konstant liefern. Geothermie kann genau das, eignet sich aber weniger fürs Eigenheim als für die Erzeugung im großen Maßstab. Grund sind die hohen Investitionskosten und die anspruchsvolle Technik.

Zur Abgrenzung: Dieser Artikel behandelt die Tiefengeothermie – also die Nutzung tieferer Erdwärme für Strom und große Wärmenetze. Oberflächennahe Erdwärmepumpen für Eigenheime sind ein eigenes Thema und nicht Gegenstand dieses Beitrags.

Dieser Artikel zeigt dir, wie Geothermieanlagen funktionieren, was für und gegen die Technologie spricht und welche Rolle sie künftig spielen könnte.

Was ist Geothermie?

Der Begriff leitet sich aus dem Griechischen ab: „Geo“ steht für „Erde“ und „Thermē“ für „Wärme“. Damit ist die im Inneren der Erde gespeicherte Wärmeenergie gemeint.

Je tiefer man vordringt, desto höher sind in der Regel die Temperaturen. Wie stark sie ansteigen, hängt von den geologischen Bedingungen vor Ort ab. In Deutschland beträgt der Temperaturgradient zum Beispiel etwa 3 °C pro 100 Meter Tiefe. Im Erdkern herrschen Temperaturen von rund 5.000 bis 7.000 °C.

Geothermieanlagen nutzen diese Erdwärme zur Stromerzeugung. Da die Erde unter anderem durch den radioaktiven Zerfall von Elementen kontinuierlich Wärme produziert, gilt Geothermie als dauerhaft verfügbare Energiequelle.

Je tiefer die Wärmequelle, desto höher die nutzbare Temperatur – und desto mehr Strom lässt sich theoretisch erzeugen. In der Praxis sind tiefere Anlagen aber deutlich teurer, weil die Bohrungen aufwändiger werden. Und nicht jede Bohrung gelingt: Manchmal braucht es mehrere kostspielige Erkundungsbohrungen, bevor eine Anlage überhaupt gebaut werden kann.

Wie funktionieren Geothermieanlagen?

Geothermieanlagen sind Kraftwerke, die in ihrem Grundprinzip anderen Dampfturbinenkraftwerken ähneln. Wärme erzeugt Dampf, der eine Turbine antreibt und so Strom produziert. Kühlt der Dampf ab, wird er wieder verflüssigt und in den Kreislauf zurückgeführt.

Für die Stromerzeugung gibt es verschiedene geothermische Verfahren:

1. Trockendampf (Dry Steam): Hierbei strömt Dampf mit Temperaturen von über 150 °C direkt aus der Tiefe zur Turbine. Dieses Verfahren setzt jedoch seltene geologische Bedingungen voraus und ist daher weltweit nur in wenigen Regionen möglich.

2. Binärer Kreislauf: Dabei wird heißes Wasser aus der Tiefe gefördert, um ein „geothermisches Fluid“ zu erhitzen. Dieses verdampft bereits bei niedrigeren Temperaturen und kann so die Turbine antreiben.

3. Flashdampf-System: Heißes Wasser wird gefördert und in einem Druckbehälter teilweise schlagartig zu Dampf entspannt („geflasht“). Der entstehende Dampf treibt anschließend die Turbine an.

Geothermieanlagen in Deutschland

In Deutschland gibt es bislang vergleichsweise wenige Geothermieanlagen. Sie werden vor allem zur Bereitstellung erneuerbarer Wärme genutzt, weniger zur Stromerzeugung. Zwar zeigen Statistiken einen deutlichen Ausbau seit 2007, doch nach einem Höhepunkt um das Jahr 2021 hat sich die Entwicklung verlangsamt.

Grundsätzlich geeignet sind das Süddeutsche Alpenvorland, das Norddeutsche Becken und der Oberrheingraben. Das zentrale Problem ist dabei meist nicht das Fehlen potenzieller Standorte, sondern die hohen Kosten der Erkundungs- und Tiefbohrungen. Diese notwendigen Anfangsinvestitionen bremsen den Ausbau neuer Anlagen.

Vor- und Nachteile von Geothermieanlagen

Dass es in Deutschland bisher nur wenige Geothermieanlagen gibt, hängt auch mit den Nachteilen dieser Technologie zusammen.

Hauptproblem sind die hohen Anfangskosten. Im Betrieb ist Geothermie zwar günstig, aber die Erstinvestitionen drücken die Amortisationszeit weit nach hinten. Hinzu kommt die Standortabhängigkeit: Wo die geologischen Bedingungen nicht stimmen, wird das Projekt schnell unwirtschaftlich – je tiefer gebohrt werden muss, desto teurer.

In seismisch sensiblen Regionen kann Geothermie zudem Risiken bergen. Unter bestimmten Bedingungen können Bohrungen oder die Reinjektion von Fluiden Mikroseismizität auslösen und somit kleinere Erschütterungen verursachen.

Auch der Umweltschutz wirft Fragen auf: Geraten Grundwasserschichten mit dem Bohrkreislauf in Kontakt, kann es zu Verunreinigungen kommen, und bei Bohrungen können unerwünschte Gase austreten. Risikofrei ist Geothermie also nicht – sie braucht strenge Planung, laufendes Monitoring und hohe Sicherheitsstandards.

Gleichzeitig hat Geothermie klare Vorteile: Im Betrieb verursacht sie nur geringe Treibhausgasemissionen und kommt ohne fossile Brennstoffe aus.. Zudem ist die Wärmequelle konstant verfügbar, da Geothermie – anders als Wind- oder Solarenergie – nicht wetterabhängig ist und somit Versorgungssicherheit bieten kann.

Auch der Flächenbedarf ist gering, da zentrale Teile der Anlage unterirdisch liegen und in der Regel nur ein bis zwei Tiefbohrungen erforderlich sind. Im Vergleich zu großen Windparks oder Solarfeldern sind Geothermieanlagen somit platzsparend.

Welche Zukunft hat die Geothermie?

Geothermie ist klimafreundlich, grundlastfähig und könnte einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung leisten. Besonders im Zusammenspiel mit Wind- und Solarenergie spielt sie ihre Stärke aus: Sie liefert kontinuierlich – auch dann, wenn die Sonne untergeht und der Wind nachlässt.

Effizientere Bohrtechniken werden die Erschließung neuer Quellen erleichtern. Die Geologie bleibt aber der limitierende Faktor: Ohne den passenden Untergrund hilft auch die beste Technik nicht.

Aktuelle Entwicklungen zu Geothermie und Wärmewende findest du in unseren News, eine vollständige Themenübersicht im Inhaltsverzeichnis.